Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike từng bước hoàn thiện công nghệ dự báo lũ Sông Hồng –thái Bình

2008 x x x x x 2009 x x x x x 2010 x x x x x K iể m đ ịn h 2011 x x x x x - Sử dụng phương pháp phân cấp mực nước tại điểm dự báo để xây dựng các bộ tham số tương ứng. Qua số liệu thực tế của các năm từ 2006 đến 2011 để phân cấp lũ các năm thành 3 trường hợp, gồm: Trường hợp 1 khi mực nước tại Hà Nội nhỏ hơn 8m; Trường hợp 2 khi lũ từ (8-10)m; Trường hợp 3 khi mực nước tại Hà Nội lớn hơn 10m. Cụ thể như sau: Bảng 3. 6. Các trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 theo các trường hợp mực nước tại Hà Nội Cấp Năm Khi mực nước tại Hà Nội nhỏ hơn 8m (TH1) Khi mực nước tại Hà Nội từ (8- 10)m (TH2) Khi mực nước tại Hà Nội lớn hơn 10m (TH3) 2006 x 2007 x x 2008 x x 2009 x x 2010 x 2011 x 3.4.1. Kết quả với phương pháp kiểm tra chéo Quá trình xác định bộ tham số mô hình được thực hiện bằng cách hiệu chỉnh và 65 kiểm định cho 6 trận lũ, trong đó sử dụng phương pháp kiểm tra chéo nhằm đưa ra bộ tham số cho các năm. Kết quả xác định bộ tham số thể hiện trong Bảng 3. 7, kết quả đánh giá mức độ hiệu quả của mô hình thông qua chỉ số Nash Sutcliffe được thể hiện trong Bảng 3.8 và các hình từ Hình 3. 17 đến Hình 3. 52. Qua đó cho một số nhận xét sau: Kết quả hiệu chỉnh bộ tham số mô hình cho thấy sự phù hợp giữa tính toán và thực đo tại tất cả các vị trí kiểm tra, chỉ số NASH đều lớn hơn 0,9. Với bộ thông số đã được xác định thông qua mùa lũ các năm từ 2006 đến 2011 đã tiến hành kiểm định cho các năm còn lại. Kết quả cho thấy tại các trạm không ảnh hưởng của thủy triều thì mực nước tính toán và thực đo khá phù hợp và chỉ số NASH khá lớn. Riêng đối với trạm Phả Lại, trạm ảnh hưởng bởi thủy triều thì có sự sai khác khá lớn, tuy vậy chủ yếu là do sai số pha, với sai số này trong quá trình dự báo tác nghiệp có thể sử dụng phương pháp cập nhật sai số có thể nâng cao độ chính xác dự báo. Tuy vậy, việc sử dụng một bộ tham số để kiểm định lại cho các năm vẫn còn có sự sai khác đáng kể. Điều này chỉ ra rằng để phục vụ cho dự báo tác nghiệp cần thiết phải nghiên cứu cụ thể hơn các bộ tham số cho các năm ứng với các cấp mực nước. Đồng thời đây cũng chính là bộ tham số sơ bộ để tiến hành xây dựng bộ tham số ứng với các cấp mực nước tại Hà Nội. Bảng 3. 7. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông tương ứng với các năm Năm Tên sông Vị trí 2006 2010 2007 2008 2009 2011 SongDa 0 0.031 0.032 0.028 0.032 0.03 0.032 SongDa 17689 0.025 0.032 0.028 0.032 0.03 0.032 SongDa 19315 0.025 0.028 0.031 0.028 0.027 0.028 SongDa 57960 0.025 0.028 0.031 0.028 0.027 0.028 Song Thao 0 0.03 0.035 0.03 0.034 0.033 0.032 Song Thao 25658 0.03 0.035 0.03 0.034 0.033 0.032 Song Thao 30700 0.034 0.033 0.03 0.03 0.033 0.032 Song Thao 56260 0.034 0.033 0.03 0.03 0.033 0.032 Song Thao 59420 0.031 0.032 0.026 0.025 0.027 0.028 Song Thao 99590 0.031 0.032 0.026 0.025 0.027 0.028 66 Năm Tên sông Vị trí 2006 2010 2007 2008 2009 2011 SongLo 0 0.033 0.034 0.032 0.03 0.035 0.03 SongLo 22550 0.033 0.034 0.032 0.03 0.035 0.03 SongLo 25800 0.028 0.03 0.032 0.028 0.033 0.03 SongLo 36500 0.028 0.03 0.032 0.028 0.033 0.03 SongHong 0 0.025 0.024 0.028 0.026 0.032 0.031 SongHong 31107 0.025 0.024 0.028 0.026 0.032 0.031 SongHong 33027 0.027 0.034 0.026 0.023 0.03 0.031 SongHong 55907 0.027 0.034 0.026 0.023 0.03 0.031 SongHong 58287 0.031 0.031 0.029 0.03 0.031 0.038 SongHong 75102 0.031 0.031 0.029 0.03 0.031 0.038 SongHong 76872 0.029 0.022 0.026 0.021 0.035 0.02 SongHong 93826 0.029 0.022 0.026 0.021 0.035 0.02 SongHong 97426 0.028 0.025 0.024 0.031 0.027 0.024 SongHong 151038 0.028 0.025 0.024 0.031 0.027 0.024 SongHong 155723 0.025 0.023 0.025 0.025 0.021 0.025 SongHong 228953 0.025 0.023 0.025 0.025 0.021 0.025 SongNCo 0 0.023 0.025 0.02 0.023 0.023 0.012 SongNCo 43450 0.023 0.025 0.02 0.023 0.023 0.012 SongDuong 0 0.034 0.037 0.041 0.031 0.039 0.043 SongDuong 21520 0.034 0.037 0.041 0.031 0.039 0.043 SongDuong 38170 0.03 0.032 0.034 0.038 0.031 0.037 SongDuong 58490 0.03 0.032 0.034 0.038 0.031 0.037 SongLuoc 0 0.021 0.025 0.026 0.02 0.028 0.016 SongLuoc 62800 0.021 0.025 0.026 0.02 0.028 0.016 SongTraLy 0 0.021 0.023 0.028 0.03 0.026 0.014 SongTraLy 18000 0.021 0.023 0.028 0.03 0.026 0.014 SongTraLy 21100 0.025 0.021 0.023 0.021 0.024 0.016 SongTraLy 59300 0.025 0.021 0.023 0.021 0.024 0.016 SongThuong 0 0.028 0.03 0.028 0.027 0.029 0.037 SongThuong 8900 0.028 0.03 0.028 0.027 0.029 0.037 SongThuong 49300 0.025 0.025 0.021 0.024 0.026 0.03 SongThuong 87650 0.025 0.025 0.021 0.024 0.026 0.03 67 Năm Tên sông Vị trí 2006 2010 2007 2008 2009 2011 SongLNam 0 0.025 0.029 0.022 0.028 0.028 0.038 SongLNam 25200 0.025 0.029 0.022 0.028 0.028 0.038 SongLNam 28200 0.027 0.026 0.022 0.023 0.024 0.03 SongLNam 53700 0.027 0.026 0.022 0.018 0.024 0.03 SongTBinh 0 0.016 0.024 0.02 0.018 0.018 0.022 SongTBinh 15075 0.016 0.024 0.02 0.02 0.021 0.022 SongTBinh 18725 0.02 0.018 0.025 0.02 0.021 0.018 SongTBinh 48325 0.02 0.018 0.025 0.02 0.021 0.018 SongThaiBinh2 0 0.018 0.022 0.018 0.017 0.019 0.012 SongThaiBinh2 12900 0.018 0.022 0.018 0.017 0.019 0.012 SongKThay 0 0.023 0.026 0.029 0.025 0.03 0.018 SongKThay 48400 0.023 0.026 0.029 0.025 0.03 0.018 SongKMon 0 0.021 0.024 0.025 0.022 0.023 0.024 SongKMon 35650 0.021 0.024 0.025 0.022 0.023 0.024 SongDBach 0 0.02 0.025 0.025 0.027 0.022 0.015 SongDBach 21050 0.02 0.025 0.025 0.027 0.022 0.015 SongCam 0 0.019 0.028 0.025 0.027 0.026 0.023 SongCam 20550 0.019 0.028 0.025 0.027 0.026 0.023 SongLaiVu 0 0.018 0.028 0.027 0.026 0.025 0.013 SongLaiVu 25950 0.018 0.028 0.027 0.026 0.025 0.013 SongVanUc 0 0.017 0.022 0.025 0.023 0.022 0.014 SongVanUc 35300 0.017 0.022 0.025 0.023 0.022 0.014 SongGua 0 0.022 0.018 0.017 0.019 0.021 0.012 SongGua 2125 0.022 0.018 0.017 0.019 0.021 0.012 SongMia 0 0.02 0.023 0.02 0.022 0.018 0.015 SongMia 1550 0.02 0.023 0.02 0.022 0.018 0.015 SongMoi 0 0.02 0.02 0.021 0.021 0.022 0.011 SongMoi 2050 0.02 0.02 0.021 0.021 0.022 0.011 SongHoa 0 0.025 0.026 0.024 0.024 0.021 0.013 SongHoa 36650 0.025 0.026 0.024 0.024 0.021 0.013 Song LTray 0 0.022 0.025 0.026 0.023 0.027 0.014 Song LTray 40050 0.022 0.025 0.026 0.023 0.027 0.014 68 Năm Tên sông Vị trí 2006 2010 2007 2008 2009 2011 SongDay 0 0.034 0.034 0.033 0.033 0.03 0.034 SongDay 35345 0.034 0.034 0.033 0.033 0.03 0.034 SongDay 37569 0.027 0.03 0.03 0.033 0.06 0.03 SongDay 78061 0.027 0.03 0.03 0.033 0.026 0.03 SongDay 81579 0.024 0.027 0.024 0.024 0.028 0.027 SongDay 181564 0.024 0.027 0.024 0.024 0.028 0.027 SongCau 0 0.03 0.025 0.028 0.026 0.03 0.036 SongCau 62410 0.03 0.025 0.028 0.026 0.03 0.036 SongCau 68610 0.024 0.025 0.024 0.03 0.025 0.031 SongCau 137970 0.024 0.025 0.024 0.03 0.025 0.031 SongDao 0 0.036 0.041 0.042 0.045 0.034 0.022 SongDao 24425 0.036 0.041 0.042 0.045 0.034 0.022 Bảng 3. 8. Kết quả đánh giá chỉ số Nash-Sutcliffe tại các trạm trên hệ thống sông Hồng-Thái Bình theo phương pháp kiểm tra chéo Năm Sơn Tây Hà Nội Phả Lại Tuyên Quang Hồ SL Hồ HB Hồ TQ Ký hiệu Hiệu chỉnh 2006 0.95 0.96 0.93 0.94 0.93 0.9 HC2006 2007 0.87 0.85 0.76 0.94 0.94 0.92 KĐ06-07 2008 0.94 0.89 0.9 0.92 0.91 0.93 KĐ06-08 2009 0.61 0.67 0.72 0.9 0.94 0.89 KĐ06-09 2010 0.58 0.67 0.65 0.92 0.9 0.9 KĐ06-10 Kiểm định 2011 0.47 0.49 0.53 0.93 0.92 0.91 0.9 KĐ06-11 Hiệu chỉnh 2007 0.97 0.96 0.94 0.94 0.93 0.9 HC2007 2006 0.79 0.92 0.85 0.94 0.94 0.92 KĐ07-06 2008 0.81 0.94 0.87 0.92 0.91 0.93 KĐ07-08 2009 0.91 0.92 0.86 0.9 0.94 0.89 KĐ07-09 2010 0.92 0.64 0.61 0.92 0.9 0.9 KĐ07-10 Kiểm định 2011 0.48 0.43 0.45 0.93 0.91 0.9 KĐ07-11 Hiệu chỉnh 2008 0.95 0.93 0.92 0.94 0.93 0.9 HC2008 2006 0.78 0.92 0.88 0.94 0.94 0.92 KĐ08-06 2007 0.93 0.9 0.87 0.92 0.91 0.93 KĐ08-07 2009 0.91 0.81 0.72 0.9 0.94 0.89 KĐ08-09 2010 0.9 0.56 0.47 0.92 0.9 0.9 KĐ08-10 Kiểm định 2011 0.35 0.38 0.31 0.93 0.91 0.9 KĐ08-11 Hiệu chỉnh 2009 0.93 0.94 0.9 0.94 0.93 0.9 HC2009 2006 0.81 0.76 0.73 0.94 0.94 0.92 KĐ09-06 2007 0.42 0.44 0.41 0.92 0.91 0.93 KĐ09-07 Kiểm định 2008 0.88 0.91 0.87 0.9 0.94 0.89 KĐ09-08 69 Năm Sơn Tây Hà Nội Phả Lại Tuyên Quang Hồ SL Hồ HB Hồ TQ Ký hiệu 2010 0.9 0.42 0.38 0.92 0.9 0.9 KĐ09-10 2011 0.73 0.47 0.51 0.93 0.91 0.9 KĐ09-11 Hiệu chỉnh 2010 0.94 0.92 0.87 0.94 0.93 0.93 0.9 HC2010 2006 0.84 0.55 0.58 0.94 0.94 0.92 KĐ10-06 2007 0.51 0.64 0.53 0.92 0.91 0.93 KĐ10-07 2008 0.78 0.67 0.69 0.9 0.94 0.89 KĐ10-08 2009 0.61 0.54 0.52 0.92 0.9 0.9 KĐ10-09 Kiểm định 2011 0.79 0.62 0.65 0.93 0.91 0.9 KĐ10-11 Hiệu chỉnh 2011 0.89 0.9 0.74 0.94 0.93 0.9 HC2011 2006 0.77 0.58 0.62 0.94 0.94 0.92 KĐ11-06 2007 0.71 0.82 0.79 0.92 0.91 0.93 KĐ11-07 2008 0.88 0.72 0.7 0.9 0.94 0.89 KĐ11-08 2009 0.86 0.62 0.64 0.92 0.9 0.9 KĐ11-09 Kiểm định 2010 0.85 0.83 0.82 0.93 0.91 0.9 KĐ11-10 Hình 3. 17. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2006) Hình 3. 18. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-07) 70 Hình 3. 19. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-08) Hình 3. 20. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-09) Hình 3. 21. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-10) 71 Hình 3. 22. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-11) Hình 3. 23. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2007) Hình 3. 24. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-06) 72 Hình 3. 25. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-08) Hình 3. 26. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-09) Hình 3. 27. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại(KĐ07-10) 73 Hình 3. 28. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-11) Hình 3. 29. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2008) Hình 3. 30. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-10) 74 Hình 3. 31. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-07) Hình 3. 32. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-09) Hình 3. 33. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-10) 75 Hình 3. 34. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-11) Hình 3. 35. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2009) Hình 3. 36. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-06) 76 Hình 3. 37. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-07) Hình 3. 38. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-08) Hình 3. 39. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-10) 77 Hình 3. 40. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-11) Hình 3. 41. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2010) Hình 3. 42. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-06) 78 Hình 3. 43. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-07) Hình 3. 44. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-08) Hình 3. 45. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-09) 79 Hình 3. 46. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-11) Hình 3. 47. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2011) Hình 3. 48. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-06) 80 Hình 3. 49. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-07) Hình 3. 50. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-08) Hình 3. 51. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-09) 81 Hình 3. 52. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-09) 3.4.2. Kết quả với trường hợp phân cấp Việc phân chia cấp mực để nâng cáo chất lượng mô phỏng phục vụ dự báo tác nghiệp. Dựa trên đặc điểm địa hình đoạn sông Hồng qua thành phố Hà Nội, tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định tham số mô hình cho các đợt lũ có mực nước tại trạm thủy văn Hà Nội với 3 cấp mực nước như đã mô tả phần trên. Qua nhiều quá trình hiệu chỉnh bộ tham số của mô hình tương ứng với các cấp mực nước, đã xác định được bộ tham số của mô hình như trong Bảng 3. 9, kết quả đánh giá mức độ hiệu quả bộ tham số của mô hình được thể hiện trong Bảng 3.10 và Hình 3.53 đến Hình 3.61. Kết quả cho thấy, trong trường hợp mực nước tại trạm Hà Nội nhỏ hơn 8m như trong các năm 2007, 2009, 2010 và năm 2011 thì mô hình mô phỏng khá tốt cả về xu thế và độ lớn. Hệ số Nash tại trạm Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại đều lớn hơn 0,87, đường quá trình mực nước tính toán và thực đo có sự chênh lệch không đáng kể. Trong trường hợp mực nước tại Hà Nội dao động trong phạm vi từ 8m đến 10m, đây là cao trình nằm trong ngưỡng bãi sông trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội. Kết quả hiệu chỉnh cho mùa lũ năm 2009 và kiểm định cho mùa lũ hai năm 2007 và năm 2008 cho thấy chỉ số Nash đều lớn hơn 0,89 và tại trạm Hà Nội thì các chỉ số đánh giá đều cao hơn hai trạm còn lại. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo khá trùng khớp tại cả ba trạm kiểm tra. 82 Trong trường hợp mực nước tại Hà Nội vượt quá 10m thì chỉ số Nash đều lớn hơn 0,90 và đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại các vị trí kiểm tra có độ lệch không đáng kể. Như vậy, bằng việc phân chia cấp mực nước để xác định bộ tham số của mô hình đã nâng cao được mức độ chính xác khi mô phỏng. Với các bộ tham số này có thể sử dụng cho công tác dự báo tác nghiệp. Bảng 3. 9. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông ứng với các cấp mực nước Cấp mực nước Cấp mực nước Tên sông Vị trí TH1 TH2 TH3 Tên sông Vị trí TH1 TH2 TH3 SongDa 0 0.032 0.034 0.03 SongLNam 25200 0.028 0.028 0.029 SongDa 17689 0.032 0.034 0.03 SongLNam 28200 0.021 0.03 0.027 SongDa 19315 0.028 0.027 0.027 SongLNam 53700 0.021 0.03 0.027 SongDa 57960 0.028 0.027 0.027 SongTBinh 0 0.021 0.016 0.016 Song Thao 0 0.034 0.033 0.03 SongTBinh 15075 0.021 0.016 0.016 Song Thao 25658 0.034 0.033 0.03 SongTBinh 18725 0.028 0.02 0.018 Song Thao 30700 0.028 0.03 0.033 SongTBinh 48325 0.028 0.02 0.018 Song Thao 56260 0.028 0.03 0.033 SongThaiBinh2 0 0.024 0.018 0.02 Song Thao 59420 0.032 0.027 0.027 SongThaiBinh2 12900 0.024 0.018 0.02 Song Thao 99590 0.032 0.027 0.027 SongKThay 0 0.028 0.022 0.031 SongLo 0 0.033 0.034 0.029 SongKThay 48400 0.028 0.022 0.031 SongLo 22550 0.033 0.034 0.029 SongKMon 0 0.023 0.025 0.022 SongLo 25800 0.031 0.028 0.027 SongKMon 35650 0.023 0.025 0.022 SongLo 36500 0.031 0.028 0.027 SongDBach 0 0.023 0.025 0.02 SongHong 0 0.033 0.028 0.026 SongDBach 21050 0.023 0.025 0.02 SongHong 31107 0.033 0.028 0.026 SongCam 0 0.025 0.025 0.022 SongHong 33027 0.038 0.025 0.022 SongCam 20550 0.025 0.025 0.022 SongHong 55907 0.038 0.025 0.022 SongLaiVu 0 0.025 0.02 0.024 SongHong 58287 0.031 0.029 0.025 SongLaiVu 25950 0.025 0.02 0.024 SongHong 75102 0.031 0.029 0.025 SongVanUc 0 0.021 0.025 0.019 SongHong 76872 0.025 0.033 0.03 SongVanUc 35300 0.021 0.025 0.019 SongHong 93826 0.025 0.033 0.03 SongGua 0 0.021 0.017 0.023 SongHong 97426 0.029 0.03 0.027 SongGua 2125 0.021 0.017 0.023 SongHong 151038 0.029 0.03 0.027 SongMia 0 0.021 0.02 0.025 83 Cấp mực nước Cấp mực nước Tên sông Vị trí TH1 TH2 TH3 Tên sông Vị trí TH1 TH2 TH3 SongHong 155723 0.023 0.02 0.025 SongMia 1550 0.021 0.02 0.025 SongHong 228953 0.023 0.02 0.025 SongMoi 0 0.021 0.021 0.02 SongNCo 0 0.026 0.028 0.021 SongMoi 2050 0.021 0.021 0.02 SongNCo 43450 0.026 0.028 0.021 SongHoa 0 0.024 0.024 0.018 SongDuong 0 0.028 0.03 0.037 SongHoa 36650 0.024 0.024 0.018 SongDuong 21520 0.028 0.03 0.037 Song LTray 0 0.024 0.026 0.021 SongDuong 38170 0.034 0.028 0.033 Song LTray 40050 0.024 0.026 0.021 SongDuong 58490 0.034 0.028 0.033 SongDay 0 0.027 0.033 0.03 SongLuoc 0 0.022 0.023 0.023 SongDay 35345 0.027 0.033 0.03 SongLuoc 62800 0.022 0.023 0.023 SongDay 37569 0.028 0.03 0.026 SongTraLy 0 0.022 0.028 0.029 SongDay 78061 0.028 0.03 0.026 SongTraLy 18000 0.022 0.028 0.029 SongDay 81579 0.02 0.024 0.023 SongTraLy 21100 0.026 0.023 0.021 SongDay 181564 0.02 0.024 0.023 SongTraLy 59300 0.026 0.023 0.021 SongCau 0 0.024 0.026 0.025 SongThuong 0 0.031 0.027 0.026 SongCau 62410 0.024 0.026 0.025 SongThuong 8900 0.031 0.027 0.026 SongCau 68610 0.026 0.023 0.027 SongThuong 49300 0.027 0.025 0.026 SongCau 137970 0.026 0.023 0.027 SongThuong 87650 0.027 0.025 0.026 SongDao 0 0.038 0.042 0.032 SongLNam 0 0.028 0.028 0.029 SongDao 24425 0.038 0.042 0.032 Bảng 3. 10. Kết quả đánh giá chỉ số Nash-Sutcliffe tại các trạm trên hệ thống sông Hồng-Thái Bình theo cấp mực nước Năm Sơn Tây Hà Nội Phả Lại 1) Mực nước Hà Nội nhỏ hơn 8m Hiệu chỉnh 2007 0.95 0.96 0.91 2009 0.93 0.92 0.84 2010 0.91 0.89 0.87 Kiểm định 2011 0.88 0.91 0.87 2) Mực nước Hà Nội (8-10)m Hiệu chỉnh 2009 0.93 0.94 0.89 2007 0.94 0.91 0.90 Kiểm định 2008 0.89 0.91 0.89 3) Mực nước Hà Nội trên 10m Hiệu chỉnh 2006 0.95 0.96 0.93 Kiểm định 2008 0.90 0.94 0.91 84 Hình 3. 53. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007 - Trường hợp 1 Hình 3. 54. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009- Trường hợp 1 Hình 3. 55. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2010- Trường hợp 1 85 Hình 3. 56. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2011 - Trường hợp 1 Hình 3. 57. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009 - Trường hợp 2 Hình 3. 58. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008 - Trường hợp 2 86 Hình 3. 59. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007 - Trường hợp 2 Hình 3. 60. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2006 - Trường hợp 3 Hình 3. 61. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008 - Trường hợp 3 87 3.5. Kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy lực trong sông Kế thừa các kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường về tính toán dự báo mực nước cho 9 cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình bao gồm mô hình 2 chiều truyền triều và bộ hằng số triều cho 9 cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng-Thái Bình, trong đó có một số điểm chính sau: Địa hình miền tính cho mô hình MIKE 21 FM được lấy từ số liệu đo đạc của Bộ Tư lệnh Hải quân từ các bản đồ địa hình đáy biển và cửa sông với tỉ lệ khác nhau, từ tỉ lệ 1:10,000 đến 1:1,000,000 (Hình 3. 62). Trong nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp lưới phi cấu trúc để mô phỏng và tính toán thủy triều cho khu vực cửa sông ven biển hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy lực trong sông cũng như đánh giá khả năng áp dụng cho dự báo tác nghiệp, trong phần này đã sử dụng chuỗi số liệu thủy văn tương ứng với các điều kiện biên cho mô hình trong ba năm: năm 1996 từ ngày 11/8 – 28/8, năm 2002 từ ngày 11/8 – 25/8, năm 2006 từ ngày 18/7 – 28/7 tại các trạm thuỷ văn được dùng để hiệu chỉnh mô hình. Hình 3. 62. Địa hình khu vực Vịnh Bắc Bộ Kết quả so sánh giữa số liệu thực đo và kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình được trình bày trong Hình 3. 63 đến Hình 3. 65. Kết quả phân tích sai số tính toán được đánh giá theo chỉ tiêu hệ số Nash được trình bày trong Bảng 3.11. Qua so sánh, có thể thấy kết quả tính toán khá phù hợp với tài liệu thực đo. 88 Hình 3. 63. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo các trạm hạ lưu sông Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 1996 Hình 3. 64. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo các trạm hạ lưu sông Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 2002. Hình 3. 65. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo các trạm hạ lưu sông Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 2006. 89 Bảng 3. 11. Kết quả đánh giá chỉ số NASH tại một số trạm trên hệ thống Năm Sơn Tây Hà Nội Hưng Yên Phả Lại 1996 0.94 0.98 0.94 0.93 2002 0.95 0.98 0.96 0.98 2006 0.94 0.96 0.95 0.90 Kết quả tính toán kiểm tra cho 3 trận lũ tương ứng với các năm 1996, 2002, 2006 cho thấy tại các vị trí kiểm tra tại các vị trí dự báo (Hà Nội, Sơn Tây, Phả Lại) có sự phù hợp rất cao về đỉnh và xu thế quá trình. Đánh giá theo chỉ tiêu NASH đều đạt kết quả tốt. Tại Hà Nội do vào mùa lũ ít bị ảnh hưởng của thủy triều nên có phần mờ nhạt hơn do bị ảnh hưởng chủ yếu bởi dòng chảy từ thượng lưu. Điều này cho thấy có thể sử dụng bộ mô hình truyền triều để mô phỏng, tính toán, dự tính mực nước triều tại các cửa sông. Tuy nhiên, quá trình kết nối mô hình cũng cho thấy những nhược điểm cần cải tiến như sau: - Thời gian mô phỏng khi kết nối mô hình thủy lực trong sông và mô hình truyền triều chưa đáp ứng được cho dự báo tác nghiệp. Kết quả thử nghiệm cho thấy mô phỏng thời gian thực là 2 ngày thì mô hình mô phỏng hết khoảng 2 giờ đối với Chip Core I7, RAM 4000Mb. - Các thời kỳ triều kém thường mô phỏng bị lệch pha trong khi các thời kỳ triều cường mô phỏng thường thiên cao hoặc thiên thấp tùy theo cửa sông khác nhau. Do vậy cần tiếp tục nghiên cứu mô hình dự báo thủy triều đến các cửa sông để có thể áp dụng được mô hình này trong tương lai. 3.6. Dự báo thử nghiệm Bộ mô hình MIKE, bao gồm mô hình NAM tính toán dự báo lũ cho các trạm thượng nguồn và mô hình MIKE-11 diễn toán và dự báo thủy văn trong hệ thống sông, sau khi đã được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm với kết quả tốt được áp dụng để tính toán dự báo tác nghiệp cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Luận văn đã tiến hành dự báo thử nghiệm trong mùa lũ năm 2012 tại các vị trí khác nhau. 90 Trong mùa lũ năm 2012, đã tiến dự báo cho một số vị trí trên hệ thống sông Hồng-Thái Bình, trong đó đặc biệt quan tâm đến kết quả dự báo tại Hà Nội, Phả Lại đối với khu vực hạ lưu, lưu lượng-mực nước đến hồ Tuyên Quang, Sơn La, Hòa Bình. 3.6.1. Quy trình tiến hành dự báo Việc dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình đó là sự kết hợp của dự báo lưu lượng biên trên, dự báo mực nước biên dưới, từ đó tiến hành mô phỏng trong điều kiện các biên đã dự báo sẽ cho kết quả dự báo mực nước tại các vị trí sông theo yêu cầu. Để tiến hành dự báo cho các trạm thủy văn hạ lưu sông Hồng, các yếu tố cần xác định bao gồm: điều kiện biên, điều kiện ban đầu, vị trí cần dự báo trên hệ thống sông, số liệu thuỷ văn thực đo để cập nhật sai số, tính toán dự báo để đưa ra các quyết định vận hành các công trình phòng chống lũ trong trường hợp khẩn cấp. Xuất phát từ điểm trên cho thấy quy trình dự báo lũ sông Hồng – Thái Bình được thực hiện theo những bước sau: - Cập nhật, xử lý số liệu hàng ngày bao gồm: số liệu mưa, số liệu mực nước, lưu lượng, số liệu về các hồ chứa; - Sơ bộ đánh giá tình hình mưa lũ trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình trong 24 giờ qua; - Chuẩn bị số liệu để chạy mô hình Nam bao gồm số liệu mưa dự báo, mực nước, lưu lượng. Số liệu mưa dự báo được tham khảo từ các kết quả mưa dự báo số trị của các mô hình HRM được cung cấp bởi Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung Ương và kết quả mưa dự báo của mô hình MM5 được thực hiện bởi Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường. Sau đó, tiến hành phân tích các kết quả dự báo mưa và lựa chọn kết quả dự báo mưa làm đầu vào cho mô hình Nam; - Chạy mô hình Nam: sau khi cập nhật số liệu mưa vào mô hình, tiến hành chạy mô hình để dự báo lưu lượng. Kết quả dự báo này sau đó tiếp tục được lấy làm biên trên cho mô hình thủy lực; 91 - Chuẩn bị số liệu biên để chạy mô hình Mike 11: số liệu biên trên lấy từ kết quả dự báo lưu lượng từ mô hình Nam, số liệu biên dưới lấy từ kết quả dự báo biên triều, số liệu mựa nước tại trạm Hà Nội và Phả Lại được cập nhật, số liệu lưu lượng xả tại các hồ chứa; - Chạy mô hình Mike 11: sau khi cập nhật số liệu biên vào mô hình thủy lực, tiến hành chạy mô hình để dự báo dòng chảy tại các vị trí Hà Nội, Phả Lại, dòng chảy đển hồ. Trong quá trình dự báo, cần kết hợp với việc cập nhật sai số dự báo; - Tiến hành phân tích xu thế lũ trong 24 và 48 giờ tới; - Hoàn thiện bản tin dự báo. Hình 3. 66. Sơ đồ quy trình dự báo lũ sông Hồng Thái Bình 3.6.2. Cơ sở đánh giá chất lượng dự báo Để đánh giá chất lượng dự báo, kết quả dự báo được đánh giá theo tiêu chuẩn sai số cho phép được cung cấp bởi Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung Ương (Bảng 3. 12). Cập nhật số liệu đo đạc mực nước và lưu lượng tại thời điểm dự báo trong mô hình Mike 11 Dự báo mực nước, lưu lượng nước lũ tại các vị trí trên sông Hồng – Thái Bình - Cập nhật sai số dự báo - Phân tích kết quả - Ra bản tin Phân tích kết quả dự báo mưa, lựa chọn lượng mưa dự báo Dự báo dòng chảy tại biên trên của mô hình Mike 11 Dự báo mực nước triều tại biên dưới của mô hình Mike 11 92 Bảng 3. 12. Tiêu chuẩn sai số dự báo cho phép tại một số vị trí Sai số 12 giờ (cm) Sai số 24 giờ (cm) Sai số 36 giờ (cm) Sai số 48 giờ (cm) Sông Vị trí Lên Xuống Lên Xuống Lên Xuống Lên Xuống Thao Yên Bái 35 16 67 37 Phú Thọ 24 10 48 21 Lô Tuyên Quang 31 23 60 42 Vụ Quang 27 17 50 32 Đà Q đến hồ 18,5% 18,5% 18,5% 18,5% Hồng Hà Nội 36 13 49 18 50 22 3.6.3. Cập nhật sai số tính toán a. Đánh giá mức độ ảnh hưởng sai số mưa dự báo đến dòng chảy Yếu tố đầu vào cho dự báo dòng chảy là mưa, thực tế cho thấy hiện nay hầu hết các mô hình dự báo mưa đang áp dụng ở Việt Nam đều có chất lượng thấp hay nói cách khác là rất khó có thể dự báo mưa cả về lượng và phân bố. Đồng thời với các trạm quan trắc khá thưa như hiện nay thì đặc trưng mưa đầu vào cho mô hình mô phỏng, dự báo thường gây ra những sai số nhất định. Trong một điều kiện nào đó, giả sử lượng mưa dự báo có sai số khi có sử dụng mô hình với bộ tham số đã hiệu chỉnh để xác định khả năng ảnh hưởng đến lưu lượng sẽ giúp cho công tác dự báo có một cách nhìn tổng thể trước khi đưa ra bản tin dự báo. Với cách hiểu như vậy học viên đã tiến hành nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng sai số mưa dự báo đến kết quả dự báo dòng chảy với thời gian dự kiến 24 giờ. Tại mỗi lưu vực mức độ ảnh hưởng của dự báo mưa phụ thuộc vào lượng, thời gian duy trì là chủ yếu. Kết quả nghiên cứu được thể hiện trong Bảng 3. 13. Qua đó cho thấy, với dữ liệu đầu vào là dạng mưa, lũ tháng 7 năm 2012 thì mức độ ảnh hưởng có sự khác nhau giữa các lưu vực tùy theo sai số lượng mưa. Đối với lưu vực khu giữa thuộc hồ Sơn La thì sai số mưa lan truyền đến sai số dòng chảy có phạm vi từ 2,5 đến 10,4% tương ứng với lượng mưa dự báo sai từ 3% đến 15%. Đối với lưu vực khu giữa thuộc hồ Hòa Bình thì sai số mưa lan truyền đến sai 93 số dòng chảy có phạm vi từ 1,6 đến 7,9% tương ứng với lượng mưa dự báo sai từ 3% đến 15%. Đối với lưu vực khu giữa thuộc hồ Tuyên Quang thì sai số mưa lan truyền đến sai số dòng chảy có phạm vi từ 2,0 đến 10,3% tương ứng với lượng mưa dự báo sai từ 3% đến 15% . Bảng 3. 13. Kết quả đánh giá ảnh hưởng sai số dự báo mưa đến dòng chảy Sai số mưa Lưu vực 3% 5% 7% 10% 15% Hồ Sơn La 2.5 3.5 5.1 7.6 10.4 Hồ Hòa Bình 1.6 2.6 3.7 5.2 7.9 Hồ Tuyên Quang 2.0 3.4 4.8 6.8 10.3 b. Cập nhật sai số dự báo Dự báo chính xác yêu cầu cả mô hình thuỷ văn và mô hình thủy lực được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm theo số liệu thực đo. Sai lệch giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo luôn xảy ra, vì thế cần phải hiệu chỉnh các sai số này trớc khi thực hiện dự báo. Sai số xảy ra trước thời điểm dự báo là do:  Sai số từ số liệu đầu vào như mưa, bốc hơi, điều kiện biên,  Sai số từ các thông số của mô hình do ít số liệu, hiệu chỉnh mô hình cha chính xác,  Sai số trong kết quả do các biến thay đổi như quan hệ H~Q, địa hình v.v.  Sai số do cấu trúc của mô hình như thông số tập trung, mô hình nhận thức, đơn giản hoá hệ thống v.v. Đặc điểm quan trọng trong việc cập nhật sai số dự báo trong Mike11: - Cập nhật có thể được thực hiện trực tiếp hoặc trên mực nước hoặc trên lưu lượng. Nhiều mô hình dự báo truyền thống được dựa trên các tiếp cận thuỷ văn thuần tuý chỉ cho phép cập nhật với lưu lượng. Mà những giá trị lưu lượng này lại được tra từ đường quan hệ lưu lượng mực nước. Các đường quan hệ lưu lượng mực nước phụ thuộc vào những sai số như các sai số về đo đạc, các tác động của địa hình, v.v… Cập nhật trực tiếp trên các cấp mực nước cải thiện một cách đáng kể độ chính xác của dự báo. 94 - Cho phép hiệu chỉnh sai số cả về biên độ và pha. Trong khi các chương trình cập nhật truyền thống chỉ hiệu chỉnh sai số khá tốt trong trường hợp sai số về thể tích hay biên độ nhưng kém trong trường hợp sai số về pha. Nhiều các sai số về pha có thể do tốc độ biến đổi của sóng theo các cấp mực nước lũ trong sông hoặc vị trí và đường dẫn của bão liên quan tới cửa ra của lưu vực . Cả hai loại sai số này đều được minh hoạ bên dưới. Hình 3. 67. Minh họa sai số biên và sai số pha Phương pháp cập nhật phân biệt giữa hai loại sai số và hiệu chỉnh tương ứng bằng cách tối thiểu hoá hàm mục tiêu: Trong đó: Ae : Sai số biên độ (m3/s) Pe : Sai số pha (s) M : Lưu lượng thực đo (m3/s) S : Lưu lượng mô phỏng (tính toán) N : Số giá trị tính toán F : Hệ số trọng lực S = (Si+1 - Si) 95 t : Bước thời gian (s)  : Hệ số góc (s-1) Qp : Lưu lượng đỉnh lũ điển hình (m3/s) Giá trị nhỏ nhất được tìm bằng các giải hai phương trình với Ae và Pe. Trong quá trình dự báo tác nghiệp, tùy theo đặc điểm lũ ở các thời đoạn để điều chỉnh các tham số cập nhật sai số, cụ thể như sau: Bảng 3. 14. Các tham số cập nhật sai số trong mô hình MIKE 11 Thông số Ảnh hưởng chính Giá trị tối ưu Max phase error (sai số về pha lớn nhất) Sai số pha lớn hơn sẽ tự động giảm đến giá trị này bằng AP Analyse Period (AP) (thời đoạn phân tích) Xác định quá trình mà tại đó dữ liệu thực đo và tính toán được phân tích Xác định bằng quá trình hiệu chỉnh Time constant in AP (hằng số thời gian trong AP) Nếu nhỏ hơn AP, các sai số xảy ra mới nhất sẽ có trọng số lớn hơn các sai số xảy ra trước đó bằng AP Time constant in forecast period (Hằng số thời gian trong thời đoạn dự báo) Quá trình hiệu chỉnh tại TOF (thời điểm dự báo) giảm dần trong thời gian dự báo bởi giá trị đầu tiên của hằng số này Xác định bằng quá trình hiệu chỉnh Adjust factor (hệ số hiệu chỉnh) Tăng/giảm việc cập nhật lưu lượng hiệu chỉnh 1,0 Alpha Việc tăng Alpha sẽ làm tăng sai số trong quá trình hiệu chỉnh Xác định bằng quá trình hiệu chỉnh Peak value (giá trị đỉnh lũ) Giá trị lưu lương lớn nhất có thể đạt được sau khi hiệu chỉnh lưu lượng Xác định từ quá trình lưu lượng thực đo 3.6.4. Kết quả dự báo thử nghiệm Mô hình Mike 11 sau khi được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm đã được áp dụng để tính toán dự báo lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Thời gian dự báo thử nghiệm từ ngày 15/6/2012 đến 22/7/2012. Các vị trí dự báo chính là lưu lượng - mực nước hồ Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang, mực nước các trạm hạ lưu là Hà Nội, Phả Lại. Theo bảng so sánh kết quả đánh giá dự báo trong Bảng 3. 15, chất lượng dự báo lũ cho mùa lũ năm 2012 khá tốt, mức đảm bảo dự báo hầu hết đều lớn hơn so với năm 2011. Điều này có thể thấy việc cập nhật số liệu địa hình trong sơ đồ thủy lực, phân chia lại lưu vực bộ phận, kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy lực, cập nhật 96 sai số dự báo đã nâng cao được chất lượng dự báo năm 2012 so với năm 2011. Trong năm 2012, đối với thời gian dự kiến 24 giờ, mức đảm bảo dự báo đúng lớn nhất đạt trên 80% đối với dự báo mực nước các hồ chứa và các trạm Hà Nội, Tuyên Quang, Phả Lại. Riêng đối với hồ chứa Sơn La, do nguồn dữ liệu phía Trung Quốc rất ít nên mức đảm bảo thấp. Đối với thời gian dự kiến 48 giờ, mức đảm bảo lớn nhất đạt 81,6% đối với dự báo lưu lượng đến hồ Hòa Bình, mức đảm bảo thấp nhất đạt 39,5% đối với dự báo mực nước tại trạm Sơn La. Như vậy có thể thấy, trong mùa lũ năm 2012 hầu hết các vị trí có kết quả dự báo đạt chất lượng khá cao, đặc biệt là đối với thời gian dự kiến 24 giờ. Đối với thời gian dự kiến 24 giờ, tất cả các vị trí đều có mức đảm bảo đạt trên 80%; trong đó, dự báo mực nước thượng lưu hồ Hòa Bình và Phả Lại có mức đảm bảo lớn nhất đạt 86,8%) ngoài ra còn có một số vị trí dự báo có mức đảm bảo khá cao, như mực nước thượng lưu hồ Tuyên Quang (82%), mực nước trạm Yên Bái (76,3%), mực nước trạm Hà Nội (81,6%). Đối với thời gian dự kiến 48 giờ, tất cả các vị trí đều có mức đảm bảo đạt trên 58% trừ lưu lượng đến và mực nước hồ Sơn La. Đường quá trình mực nước và lưu lượng thực đo và dự báo cho các vị trí của mùa lũ năm 2011 và 2012 đối với cả hai thời gian dự kiến 24 giờ và 48 giờ được đưa trong các hình từ Hình 3.68 đến Hình 3.85. Bảng 3. 15. So sánh kết quả đánh giá dự báo mùa lũ năm 2011 và năm 2012(sau khi cập nhật công nghệ dự báo) Tổng số lần dự báo Số lần dự báo đúng Mức đảm bảo (%) Sai số lớn nhất Sai số nhỏ nhất Sông Trạm Thời gian dự kiến 2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012 24 giờ 93 38 40 15 43.0 39.5 265 254 30 28 Q đến hồ Sơn La 48 giờ 93 38 30 25 32.3 65.8 329 282 25 48 24 giờ 93 38 48 20 51.6 52.6 473 345 4 2 H hồ Sơn La 48 giờ 93 38 33 22 35.5 57.9 102 247 5 6 24 giờ 93 38 73 33 78.5 86.8 241 220 13 10 Q đến hồ Hòa Bình 48 giờ 93 38 54 24 58.1 63.2 267 215 4 0 24 giờ 93 38 76 32 81.7 84.2 123 269 3 1 Đà H hồ Hòa Bình 48 giờ 93 38 73 31 78.5 81.6 159 265 6 0 97 Tổng số lần dự báo Số lần dự báo đúng Mức đảm bảo (%) Sai số lớn nhất Sai số nhỏ nhất Sông Trạm Thời gian dự kiến 2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012 24 giờ 93 38 63 29 67.7 76.3 142 136 0 1 Thao Yên Bái 48 giờ 93 38 45 22 48.4 57.9 202 192 2 4 24 giờ 93 38 58 31 62.4 82 172 186 5 1 H Tuyên Quang 48 giờ 93 38 35 24 37.6 63.2 100 208 2 8 24 giờ 93 38 54 32 58.1 84.2 233 410 4 1 Q đến hồ Tuyên Quang 48 giờ 93 38 55 26 59.1 68.4 235 541 2 0 24 giờ 93 38 46 24 49.5 63.2 112 102 1 2 Lô H hồ Tuyên Quang 48 giờ 93 38 30 22 32.3 57.9 234 245 5 0 24 giờ 93 38 48 31 51.6 81.6 473 64 2 0 Hồng H Hà Nội 48 giờ 93 38 33 27 35.5 71.1 699 112 7 2 24 giờ 93 38 73 33 78.5 86.8 26 23 3 1 Thái Bình H Phả Lại 48 giờ 93 38 56 29 60.2 76.3 34 28 5 1 Mực nước thực đo và dự báo hồ Sơn La năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500 6/16/2011 6/30/2011 7/14/2011 7/28/2011 8/11/2011 8/25/2011 9/8/2011 M ự c n ư ớ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 68. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ Mực nước thực đo và dự báo hồ Sơn La năm 2011 - thời gian dự kiến 48 giờ 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500 6/15/2011 6/29/2011 7/13/2011 7/27/2011 8/10/2011 8/24/2011 9/7/2011 M ự c n ư ớc (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 69. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ 98 Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Sơn La năm 2012 - thời gian dự kiến 24 giờ 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6/14/2011 6/28/2011 7/12/2011 L ư u lư ợ n g (m 3/ s) Thực đo Dự báo Hình 3. 70. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Sơn La năm 2012 - thời gian dự kiến 48 giờ 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6/14/2011 6/28/2011 7/12/2011 L ư u lư ợn g (m 3/ s) Thực đo Dự báo Hình 3. 71. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ Mực nước thực đo và dự báo hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500 6/15/2011 6/29/2011 7/13/2011 7/27/2011 8/10/2011 8/24/2011 9/7/2011 M ự c nư ớ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 72. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ 99 Mực nước thực đo và dự báo hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 48 giờ 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500 6/15/2011 6/29/2011 7/13/2011 7/27/2011 8/10/2011 8/24/2011 9/7/2011 M ực n ướ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 73. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 6/14/2011 6/28/2011 7/12/2011 7/26/2011 8/9/2011 8/23/2011 9/6/2011 L ư u lư ợn g (m 3 /s ) Thực đo Dự báo Hình 3. 74. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 48 giờ -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 6/14/2011 6/28/2011 7/12/2011 7/26/2011 8/9/2011 8/23/2011 9/6/2011 L ưu lư ợ n g (m 3/ s) Thực đo Dự báo Hình 3. 75. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ 100 Mực nước thực đo và dự báo hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500 6/15/2011 6/29/2011 7/13/2011 7/27/2011 8/10/2011 8/24/2011 9/7/2011 M ự c nư ớc (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 76. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ Mực nước thực đo và dự báo hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự kiến 48 giờ 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500 6/15/2011 6/29/2011 7/13/2011 7/27/2011 8/10/2011 8/24/2011 9/7/2011 M ực n ướ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 77. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ 0 500 1000 1500 2000 6/14/2011 6/28/2011 7/12/2011 7/26/2011 8/9/2011 8/23/2011 9/6/2011 L ư u lư ợ n g (m 3 /s ) Thực đo Dự báo Hình 3. 78. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ 101 Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự kiến 48 giờ 0 500 1000 1500 2000 6/14/2011 6/28/2011 7/12/2011 7/26/2011 8/9/2011 8/23/2011 9/6/2011 L ư u lư ợ n g (m 3/ s) Thực đo Dự báo Hình 3. 79. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ Mực nước thực đo và dự báo trạm Hà Nội năm 2012 - thời gian dự kiến 24 giờ 0 200 400 600 800 1000 7/1/2012 7/6/2012 7/11/2012 7/16/2012 7/21/2012 M ự c n ư ớ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 80. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Hà Nội năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ Mực nước thực đo và dự báo trạm Hà Nội năm 2012 - thời gian dự kiến 48 giờ 0 200 400 600 800 1000 7/1/2012 7/6/2012 7/11/2012 7/16/2012 7/21/2012 M ự c n ư ớ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 81. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Hà Nội năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ 102 Mực nước thực đo và dự báo trạm Phả Lại năm 2012 - thời gian dự kiến 24 giờ 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 7/1/2009 7/6/2009 7/11/2009 7/16/2009 7/21/2009 M ự c nư ớ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 82. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ Mực nước thực đo và dự báo trạm Phả Lại năm 2012 - thời gian dự kiến 48 giờ 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 7/1/2009 7/6/2009 7/11/2009 7/16/2009 7/21/2009 M ự c n ư ớc ( cm ) Thực đo Dự báo Hình 3. 83. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ Mực nước thực đo và dự báo trạm Tuyên Quang năm 2012 - thời gian dự kiến 24 giờ 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 7/1/2012 7/6/2012 7/11/2012 7/16/2012 7/21/2012 M ự c n ư ớ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 84. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và năm 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ 103 Mực nước thực đo và dự báo trạm Tuyên Quang năm 2012 - thời gian dự kiến 48 giờ 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 7/1/2012 7/6/2012 7/11/2012 7/16/2012 7/21/2012 M ự c n ư ớ c (c m ) Thực đo Dự báo Hình 3. 85. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và năm 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ Từ kết quả dự báo tác nghiệp thử nghiệm có thể nhận thấy bộ mô hình MIKE hoàn toàn có khả năng được áp dụng trong dự báo thủy văn tác nghiệp cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Kết quả dự báo mùa lũ năm 2012 cho kết quả khả quan hơn. Với việc áp dụng đồng thời các mô đun dự báo mưa – dòng chảy, mô đun thủy lực, mô hình truyền triều, cập nhật sai số, công tác dự báo thủy văn đã có thể nâng cao tính độc lập và mức đảm bảo. 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A. Kết luận Quá trình thực hiện luận văn đã đạt được những kết quả sau: Luận văn đã thu thập, xử lý bộ dữ liệu khí tượng, thủy văn trên toàn bộ hệ thống sông Hồng-Thái Bình mùa lũ từ năm 2002 đến năm 2011. Đây là cơ sở dữ liệu quan trọng làm đầu vào cho mô hình tính toán, hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình. Luận văn đã tổng quan về tình hình nghiên cứu, dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình trong những năm gần đây, chỉ ra những thành quả đã đạt được và một số mặt còn tồn tại trong công tác dự báo tác nghiệp trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Trong quá trình thực hiện luận văn, với những mục tiêu đã đặt ra, học viên đã cập nhật lại những thay đổi cơ bản về sơ đồ thủy lực hệ thống sông Hồng – Thái Bình, trong đó có bổ sung, cập nhật số liệu địa hình mới nhất năm 2008, 2009 trên các sông thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình, kéo dài mạng sông ra đến biển đối với các cửa sông ven biển, cập nhật thông tin các hồ chứa Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà. Việc cập nhật dữ liệu địa hình này là cơ sở quan trọng để xây dựng biên đầu vào của mô hình và thông số mô hình thủy văn thủy lực trên toàn bộ hệ thống sông. Luận văn đã hiệu chỉnh và kiểm nghiệm tham số mô hình thủy văn, thủy lực cho mùa lũ từ năm 2006 đến năm 2011 bằng phương pháp dò tìm tham số theo hai trường hợp (không phân cấp và phân cấp mực nước), kết quả tại các vị trí kiểm tra cho thấy có sự phù hợp khá tốt và đánh giá qua chỉ số NASH đều đạt kết quả cao đối vơi trường hợp phân cấp mực nước. Trong quá trình dự báo tác tác nghiệp, thường gặp nhiều sai số vì vậy công tác dự báo tác nghiệp gặp không ít khó khăn. Vì vậy, học viên đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá sơ bộ khả năng ảnh hưởng của sai số mưa dự báo đến sai số dự báo dòng chảy với thời gian dự kiến 24 giờ nhằm nâng cao độ chính xác của công tác dự báo tác nghiệp. Đồng thời trong quá trình dự báo, đã tiến hành cập nhật hiệu chỉnh sai số dự báo nhằm làm giảm bớt độ sai lệch giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo. 105 Luận văn đã tiến hành kết nối mô hình thủy lực trong sông và mô hình truyền triều, bước đầu cho thấy khả năng áp dụng và những hạn chế cần phải khắc phục trong tương lai. Tiến hành dự báo thử nghiệm cho mùa lũ năm 2012 tại các vị trí dự báo hàng năm, kết quả cho thấy mức đảm bảo dự báo đều đạt trên 80%. Riêng đối với các vị trí dự báo dòng chảy đến hồ chứa mức đảm bảo không cao do gặp khó khăn về thông tin về tài liệu khí tượng thủy văn phía thượng nguồn. B. Kiến nghị Mặc dù quá trình thực hiện luận văn rất nghiêm túc, tuy nhiên luận văn vẫn còn những hạn chế và cần tiếp tục nghiên cứu như sau: Việc nghiên cứu áp dụng các mô hình mưa – dòng chảy thông số tập trung đã đem lại những hiệu quả nhất định. Tuy vậy, do giả thiết cơ bản là lượng mưa rơi đều trên bề mặt nên không phản ánh được sự phân bố lượng mưa theo không gian nên thường gây ra sai số lớn khi thực hiện dự báo tác nghiệp. Do vậy, cần tiếp tục nghiên cứu áp dụng các mô hình thông số phân bố để dự báo dòng chảy đến các hồ chứa. Luận văn cơ bản đã hoàn thành các nội dung như đã được nêu trong đề cương nghiên cứu triển khai. Với những kết quả đạt được, học viên kiến nghị tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện công nghệ dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng-Thái Bình. 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Vũ Hồng Châu, “Đánh giá tại lũ thiết kế, xác định lại đường mực nước thiết kế cho các tuyến đê. Xác định lũ lớn ứng với các tuần suất, lũ cực hạn”, dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 2000-2001. 2. Nguyễn Lan Châu, NNK, “Nghiên cứu ứng dụng các mô hình NAM, TANK dự báo lũ thượng lưu hệ thống sông Thái Bình”, Tuyển tập công trình NCKH Viện KTTV, 1997. 3. Nguyễn Lan Châu, Trần Bích Liên, “Đánh giá vai trò các nhân tố ảnh hưởng đối với sự hình thành và dự báo lũ sông Cầu”, TS KTTV 8 (404), 1994. 4. Nguyễn Lan Châu, “Những thay đổi quá trình dòng chảy hạ lưu sông Thái Bình do ảnh hưởng của vận hành hồ Hoà Bình”, 5 (389), 1993. 5. Nguyễn Văn Điệp, “Xây dựng công nghệ mô phỏng số phục vụ cho đề xuất, đánh giá và điều hành các phương án phòng chống lũ lụt đồng bằng sông Hồng- Thái Bình”, dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng – Thái Bình, 2000-2001. 6. Bùi Văn Đức, “Mô hình phục hồi lưu lượng đến hồ Hoà Bình”, TS KTTV, 8 (452), 1998. 7. Lã Thanh Hà, “Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng lại các khu phân lũ và đề xuất phương án sử lý khi gặp lũ khẩn cấp”, đề tài NCKH cấp Nhà nước, Chương trình phòng chống lũ 1999-2001. 8. Trịnh Quang Hoà, NNK, “Nghiên cứu xây dựng công nghệ nhận dạng lũ thượng lưu sông Hồng phục vụ điều hành hồ Hoà Bình chống lũ hạ du”, đề tài NCKH cấp Nhà nước, 1996-1997. 9. Lê Bắc Huỳnh, NNK, “Mô phỏng dòng gia nhập khu giữa trong mô hình toán và dự báo lũ sông Thao”, TS KTTV, 9 (405), 1994. 10. Lê Bắc Huỳnh, “Nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán và dự báo dòng chảy lũ thượng lưu hệ thống sông Hồng”, đề mục thuộc đề tài NCKH cấp Tổng cục, 1998. 107 11. Lê Bắc Huỳnh và Dương Thiên Lý, “Khái quát về những đặc điểm hình thế thời tiết gây mưa dẫn tới hình thành lũ lớn trên sông Hồng- Thái Bình”. 12. Nguyễn Ân Niên, “Những cơ sở toán học và vật lý chung của mô mình toán thủy lực, thủy văn, khả năng tổng quát và triển vọng ứng dụng để tính toán và dự báo dòng chảy của sông ngòi Việt Nam”, Tuyển tập công trình. Hội thảo quốc gia về ứng dụng mô hình toán thủy văn thuỷ lực trong phát triển và quản lý tài nguyên nước, Hà Nội, 1988. 13. Nguyễn Viết Thi, “Dự báo dài dòng chảy sông lớn (sông Hồng và sông Thái Bình)”, đề tài NCKH cấp Tổng cục, 1998. 14. Nguyễn Viết Thi, “Nghiên cứu công nghệ dự báo lũ hạ du sông Hồng-Thái Bình”, đề tài NCKH cấp Tổng cục, 1993. 15. Nguyễn Viết Thi, “Dự báo hạn dài đỉnh lũ năm của sông Hồng”, đề tài NCKH cấp Tổng cục, 1997. 16. Trần Thục, Báo cáo kết quả thử nghiệm dự báo tác nghiệp mùa lũ năm 2003 (Trong khuôn khổ của đề tài NCKH cấp Bộ “Xây dựng công nghệ tính toán dự báo lũ lớn hệ thống sông Hồng - Thái Bình”), Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Hà Nội, 2003. 17. Viện Khoa học Thủy lợi, “Đánh giá thực trạng lòng dẫn sông Hồng-Thái Bình và đề xuất phương án chỉnh trị làm tăng độ ổn định và khả năng thoát lũ lòng sông”, dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 2000-2001. 18. Viện Khoa học Thủy lợi, “Đánh giá khả năng thoát lũ của một số cửa sông chính thuộc hệ thống sông Hồng-Thái Bình và đề xuất phương án tăng khả năng thoát lũ và khai thác hợp lý”, dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 2000-2001. 19. Viện Quy hoạch Thuỷ lợi, “Đánh giá thực trạng đê điều hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, xác định các trọng điểm và đưa ra các giải pháp sử lý khi có lũ lớn”, Dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 2000-2001. 108 20. Trung tâm Quốc gia Dự báo KTTV, “Đánh giá các hình thế thời tiết sinh lũ lớn phục vụ dự báo và cảnh báo trước khả năng có lũ cực hạn trên hệ thống sông Hồng-Thái Bình”, Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 2000- 2001. Tiếng Anh 21. American Society of Civil Engineers (1996). Hydrology Handbook, Second Edition, ASCE Manual and Reports on Engineering Practice No. 28, New York, 784 pp. 22. Cunge J. A., Holly I. M., Verwey A. 1980. Practical Aspects of computational River Hydraulics. Pitman Advanced Publishing Program, Boston. 23. Duta, D. and Herath, S. and Musiake, K., Distributed Hydrological Model for Flood Inundation Simulation, Proceedings, Mekong River Study, Bangkok, 2000. 24. Hydrologic Engineering Center, HEC-HMS, Hydrologic Modeling System, 3- 2000. 25. Ibbitt R. P., NNK, Rainfall-Runoff modelling forecast based on successive meso-scale weather model forecasts. Proceedings of International Symposium on Floods and Droughts. Nanjing, China, 1999. 26. Kraijenhoff, D.A. and Moll, J.R. (Editors) (1986). Riverflow Modelling and Forecasting. Holland: Reidel Publishing Company. 27. MIKE-11 User's Manual, 2003. 28. Nash, J. E., and Sutcliffe, J. V. (1970), River Flow Forecasting through Conceptual Model, Journal of Hydrology, Vol. 10. 29. National Research Council of Canada (1989). Hydrology of floods in Canada: a guide to planning and design, Ottawa. 30. Pandolfi, C.A. Gabos, and E. Todini, “Real-Time Flood Forecasting and Management for the Han River in China”. IUGG Symposium, Hamburg, Gemany,1983. 109 31. Thuc, T., et al. (1993), “A Flood Forecasting and Reservoir Operation Software for Minimizing Environmental Impact of a River Run-off Hydro-power Project”, Proceeding, International Conference on Environmentally Sound Water Resources Utilization, Bangkok, Thailand. 32. World Meteorological Organization, “ Hydrological Forecasting” Chap. 6 in Guide Hydrological Practices, Vol. 1. Switzerland, 1981.